機(jī)器人控制方法演示文稿

機(jī)器人控制方法演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四優(yōu)選機(jī)器人控制方法現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四31.對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的一般要求

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對(duì)操作機(jī)的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：

·記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。

·示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。

·與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。

·坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對(duì)、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。

·人機(jī)接口：示教盒、操作面板、顯示屏。

·傳感器接口：位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。

·位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?/p>

·故障診斷安全保護(hù)功能：運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷。

現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四42．機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成（如下圖）

（1）控制計(jì)算機(jī)

控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。

（2）示教盒

示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。

（3）操作面板

由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。

（4）硬盤和軟盤存儲(chǔ)存

儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器。

（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出

各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。

（6）打印機(jī)接口

記錄需要輸出的各種信息。

（7）傳感器接口

用于信息的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)傳感器。

（8）軸控制器

完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。

（9）輔助設(shè)備控制

用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。

（10）通信接口

實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。

（11）網(wǎng)絡(luò)接口現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四5現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四63．機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。

·集中控制方式：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，其構(gòu)成框圖如圖2所示。

·主從控制方式：采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。其構(gòu)成框圖如圖3所示。主從控制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難。

·分散控制方式：按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個(gè)模塊，每一個(gè)模塊各有不同的控制任務(wù)和控制策略，各模式之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系。這種方式實(shí)時(shí)性好，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖4所示?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四7現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四8現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四9現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四10典型的控制方法工業(yè)機(jī)器人要求能滿足一定速度下的軌跡跟蹤控制（如噴漆、弧焊等作業(yè)）或點(diǎn)到點(diǎn)（PTP）定位控制（點(diǎn)焊、搬運(yùn)、裝配作業(yè)）的精度要求，為了得到每個(gè)關(guān)節(jié)的期望位置運(yùn)動(dòng)，必須設(shè)計(jì)一控制算法，算出合適的力矩，再將指令送至驅(qū)動(dòng)器。

PID控制

PID控制是指將比例（P）、積分（I）、微分（D）控制規(guī)律綜合起來(lái)的一種控制方式。

其控制器運(yùn)動(dòng)方程為：現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四11式中

U——控制器輸出控制信號(hào)；

ε——控制器輸入偏差信號(hào)；

Kp——比例系數(shù)；

Ti——積分時(shí)間常數(shù)；

τ——微分時(shí)間常數(shù)。

控制器的設(shè)計(jì)就是選擇Kp、Ti、τ或者加上其他補(bǔ)償控制，使系統(tǒng)達(dá)到所要求的性能。

提高控制器的增益Kp固然可減小控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高控制精度。但此時(shí)相對(duì)穩(wěn)定性往往因之而降低，甚至造成控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，積分控制可以消除或減弱穩(wěn)態(tài)誤差，微分控制能給出控制系統(tǒng)提前開(kāi)始制動(dòng)（P減速）的信號(hào)，且能反饋誤差信號(hào)的變化速率（變化趨勢(shì)），并能在誤差信號(hào)值變得太大之前，引起一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四12機(jī)器人控制基本思想：控制機(jī)器人末端操作器沿直角坐標(biāo)空間指定的軌跡運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)的輸入是期望的直角坐標(biāo)軌跡。對(duì)于每個(gè)關(guān)節(jié)由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，意味著為使機(jī)器人終端沿期望的軌跡運(yùn)動(dòng)，幾個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)必須以不同的運(yùn)動(dòng)組合，即不同的速度匹配同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四13現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四14機(jī)械手的位置控制手爪位置控制（1）使用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)和關(guān)節(jié)角控制的方法現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四15現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四16現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四17機(jī)械手的位置控制手爪位置控制（2）注重靜力學(xué)關(guān)系的方法現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四18控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

以安川-MRC控制系統(tǒng)為例，介紹控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

安川-MRC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。安川-MRC控制系統(tǒng)是一個(gè)分散型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)共有8個(gè)相對(duì)獨(dú)立的微處理器芯片（即CPU）:SYS-CPU、M-CPU、ARITH-CPU、AXIS1-CPU、AXIS2-CPU、SL-CPU、I/O-CPU、PP-CPU，下面分別加以介紹。

（1）SYS-CPU

System-CPU即系統(tǒng)CPU，負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)及協(xié)調(diào)工作。

（2）M-CPU

Motioncutroc-CPU，負(fù)責(zé)完成運(yùn)動(dòng)控制工作，坐標(biāo)變換軌跡規(guī)劃等。

（3）ARITH-CPU

Arithmetic-CPU即數(shù)學(xué)運(yùn)算協(xié)處理器，負(fù)責(zé)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，使系統(tǒng)運(yùn)算速度大大提高。

（4）AXIS1-CPU

Axis-CPU即伺服控制CPU，負(fù)責(zé)第一、二、三軸的伺服控制功能，該CPU級(jí)芯片運(yùn)算速度高。

（5）AXIS2-CPU

功能同AXIS1-CPU控制對(duì)象為第三、四、五軸。

（6）I/O-CPU

負(fù)責(zé)處理并行I/O口信號(hào)，以及分散I/O串行口、I/O模擬量輸入輸出信號(hào)等。

（7）SL-CPU

負(fù)責(zé)處理突發(fā)性外部I/O信號(hào)，可迅速允許查知信號(hào)有效，并快速做出相應(yīng)反應(yīng)處理。

（8）PP-CPU

示教盒CPU(ProgramPendantCPU）負(fù)責(zé)示教盒功能管理及操作?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四19現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四202軌跡控制在機(jī)器人初始位置和目標(biāo)位置之間用多項(xiàng)式函數(shù)“內(nèi)插”或“逼近”給定的路徑，并產(chǎn)生一系列“控制設(shè)定點(diǎn)”。路徑一般在笛卡兒坐標(biāo)下，需要運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問(wèn)題求解，轉(zhuǎn)換到關(guān)節(jié)坐標(biāo)。目標(biāo)軌跡的給定和如何控制機(jī)器人使之高精度的跟蹤目標(biāo)軌跡是軌跡控制的兩個(gè)主要內(nèi)容?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有23頁(yè)\編輯于星期四21實(shí)現(xiàn)軌跡控制的方式有示教再現(xiàn)和數(shù)控兩種。示教再現(xiàn)方式：數(shù)控方式：

示教再現(xiàn)方式是在機(jī)器人工作之前，讓機(jī)器人手延目標(biāo)軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將位置及速度等數(shù)據(jù)存入機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)中。在機(jī)器人工作時(shí)再現(xiàn)所示教的動(dòng)作，使手端延目標(biāo)軌跡運(yùn)動(dòng)。軌跡記憶再現(xiàn)的方式有點(diǎn)位控制（PTP)和連續(xù)路徑控制（